功能高分子在相变蓄热材料中的应用研究进展
2021-07-19肖昌仁朱胜天张国庆杨晓青
肖昌仁,朱胜天,张国庆,杨晓青
(广东工业大学材料与能源学院,广州510006)
相变蓄热材料(PCM)可以通过相变吸收/释放大量热量,而保持温度恒定不变,广泛应用于建筑节能[1]、余热回收[2]、冷链输运[3]、太阳能-热能转换/储存[4]和电池热管理[5]等领域。PCM可分为有机和无机两大类:无机PCM包括结晶水合盐、熔盐和金属,往往熔点高、过冷度大、有腐蚀性且容易发生相分离[6];有机PCM以脂肪烃、脂肪醇/羧酸和聚乙二醇(PEG)为代表,具有无毒、稳定、廉价以及过冷度小、储热密度大、相变温度连续可调等优点而被广泛研究并实现工业化应用[7]。然而,通过固-液相变蓄热的有机PCM吸热饱和后往往面临泄漏/形貌坍塌等稳定性问题[8,9]。为了提高PCM的热稳定性,目前的研究工作主要包括3大类:
(1)将吸热液化的相变组分芯材包裹在微胶囊中限制其泄漏、流动,囊壁材料的种类包括有机高分子壁材[10]、无机壁材[11,12]、有机-无机复合壁材[13,14]。
(2)在相变组分中物理共混定型/吸附载体赋予其成型稳定性并大幅度限制PCM的流动,载体包括通用工程高分子载体[9,15]、定制设计/合成的高吸附性功能高分子载体(包括可蓄热相变功能高分子)[16,17]、无机多孔吸附载体[18-24]。
(3)利用化学改性方法将相变分子功能高分子化,主要包括将相变分子接枝于刚性高分子主链上[25,26]、通过聚合反应获得具有相变侧链的梳状高分子[10,27]、通过聚合反应制备相变软段(烷氧基)+定型硬段的主链型相变功能高分子[28,29]。这些高分子的刚性主链(或定型硬段)及其与相变功能侧链(或相变软段)的化学键合作用可以分别有效保证其成型稳定性及防止泄漏。……
